基于VR技术的高校图书馆虚拟数据库构建研究——以我国农林本科院校为例

文 / 金玲

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）作为一种多学科、多技术的集成科学，是本世纪计算机领域最新奇、最重要的技术之一，具有多感知性、交互性、沉浸性和想象性的特征。虚拟技术运用到数字图书馆中，可以将图书馆的二维、平面资源进行还原，变为形象而具体的三维信息资源，方便教师对实验目标、实验过程和实验结果的讲解；学生在实验学习的过程中，可以获得第一视角的实验交互体验，从而激发学生学习和研究的积极性，提升教学质量。农林类院校实验存在周期长、影响因素多、环境要求高、实验器材昂贵等特征，如果能在实验数据和实验过程使用VR来记录和保存，对后期实验研究和学生学习有极大的帮助，也可以节省大量实验经费。

一、特色数据库构建与实验室建设的现状

我国农林类院校共计96所，其中985高校共2所（中国农业大学和西北农林科技大学），211院校8所，本科院校27所，独立学院9所，高职高专50所[1]。37所本科院校（包含985和211院校）中20所高校建设有农业特色数据库。从调研数据来看，特色数据库建设共41个，校平均建设数据库2个。数据呈现的特征如下：首先，学校图书馆对特色数据库建设比较积极。有资源优势的图书馆都选择建设特色数据库，收集和整理本校的特色专业和特色资源，形成自身的特色品牌。其次，特色数据库联合建设较少。特色数据库建设没有实现共建共享，存在部分数据库重复建设现象，克服这种现象必须加强院校之间的联系，尤其是区域内和专业相近的院校。通过资源共建共享，可以节约经费并提升资源利用效率。再次，图书馆在数据库建设中与学校其它部门合作较少。特色数据库建设的内容主要由图书馆搜集整理的数据组成，主要来源于网络信息资源的开发和利用，而学校产生的科研和实验数据整理较少。

在实验室建设的调研过程中，37所本科院校均建有农林类重点实验室或观测站。本次调研主要为省部级以上实验室、观测站、创新中心等。从调研数据来看，各类农业实验室、观察站共计1264个，平均每校37个，数量多、涉及的专业面比较广且科研经费支持充裕，每年都产生大量的科研成果和科研数据，成为学校科研产出的主要部分。

重点实验室有专业科研技术和科研经费，图书馆有资源组织的技术和展示场地。VR数据库如果仅仅由图书馆或者实验室进行构建，很难取得良好的效果。因此，图书馆作为一个服务机构，应该积极联系学校多个实验室，建设虚拟现实数据库；可以借助通讯技术，与区域内或者相关领域内的高校进行合作，进一步地扩大数据库的容量，为学生的实验提供智力支持。

二、VR系统与特色VR数据库模型的实现过程

传统意义上的实验场景对试验环境、实验器材、实验周期都有很苛刻的要求。完成一次实验需要消耗大量的资源。由于场地的制约，现场观摩的人数有很大的限制。虽然实验报告可以记录实验的数据和现象，但并不直观，不能完全还原实验场景，更不能实现场景的交互。VR系统可以很好地解决以上问题。一次VR数据的录入，学生可以进行多次的观摩，通过与资源的互动来加快和放慢实验场景，可以实现实验重点分析和解说。这克服了时间跨度长的问题，节省了学习的时间，节约了实验消耗品。VR数字资源的共享也可以实现实验场景的异地观察，为学习和科研提供方便，也给人带来丰富的视觉冲击力。

（一）VR系统组成

VR是在真实数据的基础上建立的数字模型，严格遵守VRML (Virtual Reality Modeling Language)、X3D等标准和要求，让操纵者身临其境地体验虚拟三维空间，感受操作带来的场景变化。它具有双向交互功能。

VR系统构成因素主要有：1.硬件开发平台，即高性能的VR工作站或图形工作站，可以进行高性能图像生成和处理。VR系统必须有高速运算的处理能力，实时地处理复杂的图像以缩短读者视觉的延迟，增强沉浸感和系统的实时交互。2.VR显示系统。其主要功能为三维图像的显示和输出。它通过高亮度投影设备及其组件，将虚拟场景展现在参与者面前，可以方便多人参与互动，主要设备有立体眼镜、立体显示器、头盔式显示器、大屏幕监视器、虚拟三维投影显示系统等。3.VR交互系统。VR区别于3D的一个主要指标是六自由度实时交互，包括三维空间互动球、数字手套、数字衣、空间定位器、力觉和触觉反馈系统等。用户可以通过这些设备来体验真实的方向感和力度，从而完成人机互动。

（二）VR数据库模型构建

图书馆构建虚拟现实数据库时采用的是VRML语言。这种语言功能强大，可以借助互联网构建网络虚拟空间，支持二维、三维、多媒体和动态技术。用户可以通过互联网与虚拟环境进行交互，产生身临其境的感觉，感受到形象的体验数字资源的魅力。

图1 VR数据库构建模型

虚拟现实资源库的构建模型主要由用户、I/O设备、VR引擎、资源库等部分组成[2]，见图1。I/O设备包括检测模块、反馈模块、传感模块和控制模块；VR引擎包括虚拟环境、建模模块和数字模拟三部分。模型具体的工作原理和传感原理如下：用户通过I/O设备进行输入输出，与VR引擎进行互动，调动资源库中的数字资源，并对资源进行数字模拟和虚拟场景构建，形成虚拟现实场景，通过多方触控，与读者建立互动式资源使用体验。

从三维文本构建的代码来看，实现的难度比较低，非计算机专业的馆员也可以掌握。这为数字图书馆三维信息资源建设提供了条件。VRML软件可以通过设计字体的边框、颜色、长宽高以及字体的旋转间距等代码，实现字体的立体效果。它生成的效果生动，形象逼真，适合图书馆进行的三维资源建设，可以创建静态、垂直旋转、水平旋转和三维旋转模式。通过对浏览者的控制，可以实现人机交互，与现实体验几乎一样。在交互的过程中，机器适应人，真正做到了以人为主体。在使用数字图书馆的过程中实现与信息资源的交互，可以为用户提供对象的细节、相互关系和整体结构。

VRML可以实现图像资源的三维化，构建图书馆三维信息资源。图书馆资源主要包含数字资源和非电子资源。VRML可以生产三维的虚拟物体，用户可以自然地与“虚拟物体”进行交互。它包含的三维建模功能，可以使资源在计算机中栩栩如生地再现。于是，用户可以摆脱传统的二维浏览模式，实现图像信息的立体逼真、交互操作，通过设备切换视角对图像信息进行浏览和翻阅，并能听到声音和各个部位的解说，让用户充分体验真实。

三、特色VR数据库建设的策略

图书馆在建设特色VR数据库的过程中，要对学校的资源进行评估，确定数据库支撑资金和资源。图书馆在数据库建设前期要进行充分的调研，对数据库建设的可行性进行评估，并对数据库建设的环节进行分解。

（一）数据库建设与开发策略

图书馆对于VR数据库建设和开发，需要从两个方面进行考虑和设计。首先，确定数据库主题。图书馆应该通过全面调查，结合本馆的资源特色和本校重点实验室，以满足用户学习和研究为目的，确定好数据库主题；与学校实验室合作，实验室负责提供实验场景，图书馆负责对资源的加工和标引入库，共建VR数据库资源。其次，保证资金来源。资金不足一直是图书馆数据库建设的障碍之一，图书馆的资金主要靠学校财政预算，来源相对单一。而实验室的资金一般比较宽裕，可以将部分经费投入到数据库的建设中。

（二）数据资源保障模式

数据资源的搜集和整理是数据库构建的核心内容。数据质量的高低决定了数据库的使用效果。VR数据库的资源搜集需要注意三个方面。首先，依据数据库建设标准搜集资料，将搜集到的音视频资料按照虚拟的标准进行数字化存储并深度加工，力求内容丰富和全面。其次，确保信息的完整性。虚拟现实数据库对资源的要求比较高，一条完整的数据应该包含画面、声音、文字等信息，以实现现实场景。再次，拓宽信息资源的搜集途径。特色数据库的资源可以来源于图书馆的搜集、实验室的提供、数字商的产品等。数字资源的不足会造成VR设备使用效率低下，最终变成摆设，造成人力和财力的浪费。持续的数字资源更新和添加是数据库发展的源动力。

（三）资源共建共享模式

从特色数据库建设的现状来看，图书馆建设特色数据库的热情比较高，但是重复建设的数据库也不在少数，如水稻类有3个，猪养殖有2个，海产类有2个。这在一定程度上造成了资源的浪费。VR数据资源建设的成本高，需要投入的人力物力较多，因此进行资源的共建和共享显得更为重要。一是开展相同学科专业院校的合作[3]。图书馆充分利用图书馆联盟，在联盟内联系与数据库资源相关的专业院校，进行数据库的共建、资源的共享。联盟内的图书馆可以积极协调促成联盟内实验室数据的共享，极大地丰富学生的学习内容，提升数字资源的利用效率。二是开展区域内高校的合作[4]。高校结合区域发展的特点，可以实现硬件资源的共享和共建。VR数据库的构建硬件成本比较高，一般的学校如果没有专项资金的支持，很难建设。如果同区域内高校均建设VR实验场地，也是一种资源浪费。院校可以考虑VR实验室的共建方案，共同维护和使用，节约建设成本。

（四）知识产权问题

自建数据库的建设和使用中会涉及到一定的知识产权问题。图书馆在设计和运营数据库中应避免侵权。自建数据库涉及到的知识产权主要有三方面。一是纸质资源数字化后产生的版权问题[5]。VR数据库涉及到这部分内容必须经过著作权人的授权，再对资源进行加工和整理。二是网络资源的开发和使用。开发和利用网络资源也是丰富特色数据库的一个重要途径。三是学校实验室自产资源。本校师生使用这类资源时可以免费，而在与其它学校数据库共享时，可以选择作者的授权或收取适当的费用。这部分费用的分配一部分用于图书馆资源搜集加工人员的补贴，另一部分用于资源生产者的知识报酬。这种模式也是对数据生产者和加工者的一定鼓励，有助于提升他们提供数据的积极性。

[1]孟宪学.中国农业科技数据库系统建设研究[D].中国农科院,2002.

[2]陆颖隽.虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究[D].武汉大学,2013.

[3]杨永健.财经院校图书馆特色数据库共建共享分析[J].现代情报,2015(5).

[4]李友良.湖南省高校数字图书馆特色数据库共建共享现状分析与研究[J].高校图书馆工作,2015(4).

[5]黄佩,刘兹恒.图书馆联盟数据库资源共建共享的版权问题研究[J].图书与情报,2015(3).